齿轮油泵的物理原理.ppt

齿轮油泵的物理应用,作者： ,齿轮油泵的简介,齿轮油泵 是通过一对参数和结构相同的渐开线齿轮的相互滚动啮合，将油箱内的低压油升至能做功的高压油的重要部件。是把发动机的机械能转换成液压能的动力装置。,齿轮泵的结构 它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。,油泵内部齿轮结构简化图,在术语上讲，齿轮泵也叫正排量装置，即像一个缸筒内的活塞，当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。 因为液体KCB齿轮泵是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。,按上图内部结构所示,由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。 随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。,齿轮泵的分类,液压齿轮泵主要包括： 高压定量齿轮泵 高压双联齿轮泵 润滑泵 化工泵 双向齿轮马达 齿轮泵附调压阀 齿轮泵附升降阀,齿轮油泵工作的原理,齿轮泵是用两个齿轮互啮转动来工作，对介质要求不高。一般的压力在6MPa以下，流量较大。 齿轮油泵在泵体中装有一对回转齿轮，一个主动，一个被动，依靠两齿轮的相互啮合，把泵内的整个工作腔分两个独立的部分。A为吸入腔，B为排出腔。,齿轮油泵在运转时主动齿轮带动被动齿轮旋转，当齿轮从啮合到脱开时在吸入侧（A）就形成局部真空，液体被吸入。 被吸入的液体充满齿轮的各个齿谷而带到排出侧（B），齿轮进入啮合时液体被挤出，形成高压液体并经泵排出口排出泵外。,1-轴承外环 2-堵头 3-滚子 4-后泵盖 5-键 6-齿轮 7-泵体8-前泵盖 9-螺钉 10-压环 11-密封环 12-主动轴 13-键 14-泻油孔15-从动轴 16-泻油槽 17-定位销,它是分离三片式结构，三片是指泵盖4，8和泵体7，泵体7内装有一对齿数相同、宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮6，这对齿轮与两端盖和泵体形成一密封腔，并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分为两部分，即吸油腔和压油腔。 两齿轮分别用键固定在由滚针轴承支承的主动轴12和从动轴15上，主动轴由电动机带动旋转。,当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵右侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。 随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间部分的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。,当齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时，轮齿脱开啮合的一侧，由于密封容积变大则不断从油箱中吸油，轮齿进入啮合的一侧，由于密封容积减小则不断地排油 这就是齿轮油泵的工作原理,制作工艺上的尺寸及要求,泵的前后盖和泵体由两个定位销17定位，用6只螺钉固紧如图。 为了保证齿轮能灵活地转动，同时又要保证泄露最小，在齿轮端面和泵盖之间应有适当间隙（轴向间隙），对小流量泵轴向间隙为0.0250.04mm，大流量泵为0.040.06mm。,齿顶和泵体内表面间的间隙（径向间隙），由于密封带长，同时齿顶线速度形成的剪切流动又和油液泄露方向相反，故对泄露的影响较小，这里要考虑的问题是：当齿轮受到不平衡的径向力后，应避免齿顶和泵体内壁相碰，所以径向间隙就可稍大，一般取0.130.16mm。,为了防止压力油从泵体和泵盖间泄露到泵外，并减小压紧螺钉的拉力，在泵体两侧的端面上开有油封卸荷槽16，使渗入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔。 在泵盖和从动轴上的小孔，其作用将泄露到轴承端部的压力油也引到泵的吸油腔去，防止油液外溢，同时也润滑了滚针轴承。,齿轮泵的流量的计算,齿轮泵的排量V相当于一对齿轮所有齿谷容积之和,假如齿谷容积大致等于轮齿的体积,那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿容积体积的总和,即相当于以有效齿高(h=2m)和齿宽构成的平面所扫过的环形体积,即：,式中：D为齿轮分度圆直径，D=mz(cm);h为有效齿高,h=2m(cm)；B为齿轮宽(cm);m为齿轮模数(cm)；z为齿数。,实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大,故上式中的常以3.33代替,则式(3-10)可写成：,齿轮泵的流量q(1/min)为： 式中：n为齿轮泵转速(rpm);v为齿轮泵的容积效率。,从上面公式可以看出流量和几个主要参数的关系为: (1)输油量与齿轮模数m的平方成正比。 (2)在泵的体积一定时,齿数少，模数就大,故输油量增加,但流量脉动大;齿数增加时，模数就小,输油量减少,流量脉动也小。用于机床上的低压齿轮泵,取z=1319,而中高压齿轮泵,取z=614,齿数z14时,要进行修正。,(3)输油量和齿宽B、转速n成正比。一般齿宽B=(610)m;转速n为750r/min：1000 r/min、1500r/min,转速过高，会造成吸油不足,转速过低，泵也不能正常工作。一般齿轮的最大圆周速度不应大于56m/s。,提高齿轮泵理论流量途径,由上式可知： 提高齿轮泵理论流量的途径 增加齿轮的直径、齿宽、转速和减少齿数,与此同时，在提高流量后同时会带来一些问题 n过高会使轮齿转过吸入腔的时间过短 n和直径增加使齿轮的圆周速度增加，离心力加大 增加吸入困难，齿根处P降低，可能析出气体，导致Q减小，造成振动和产生噪声，甚至使泵无法工作。 故最大圆周速度应根据所输油的粘度而予以限制， 最大圆周速度不超过56ms， 最高转速一般在3000rmin左右。 加大齿宽会使径向力增大，齿面接触线加长，不易保持良好的密封。 减少齿数虽可使齿间V加大而Q增加，但会使Q的不均匀度加重。,影响齿轮泵v的主要因素,密封间隙 (内漏),齿轮端面和盖板间的轴向间隙 齿顶和泵体内侧的径向间隙 轮齿的啮合线 这些漏泄量约占总漏泄量的7080， 漏泄量的大小是与间隙值的立方成正比，故密封间隙特别是轴向间隙对泵的v影响甚大。,排出压力 吸入压力,漏泄量与间隙两端的压差成正比。 内漏较多，在排P升高时，Q的下降要比往复泵大 吸入真空度增加时，气体析出量增加， v亦将降低,油液的温度和粘度 (viscosity),油液的T越高，越低，漏泄量就越大 但油T过低则太大，又会使吸入条件变差，吸入真空度变大，析出气体增多，也会使v下降。,转速,漏泄量与n关系不大 n低Qt就小，会使v降低 当n200300 rmin， v将降到不能容许的地步 n过高又会造成吸入困难，也使v降低。 外齿轮泵的v =0.70.9，用间隙自动补偿装置时， v可达0.80.96。,齿轮泵的特点,1有一定的自吸能力 能形成一定程度的真空，泵可装得比滑油液面高。 排送气体时密封性差，故自吸能力不如往复泵 应注意： 齿轮泵摩擦部位较多 间隙较小 线速度较高 起动前齿轮表面必须有油，不允许干转。,2Qt是由工作部件的尺寸和n决定的，与Pd无关。 3额定Pd与工作部件尺寸、n无关 Pd取决于泵的密封性能和轴承承载能力 为防泵过载，一般应设安全阀。,4.流量连续，有脉动 外啮合齿轮泵Q在1127范围内，噪声较大 Z越少， Q越大 内齿轮泵Q较小，约为1一3，噪声也较小。,5结构简单，价格低廉 工作部件作回转运动 无泵阀 允许采用较高n，通常可与电动机直联 与同样Q的往复泵相比，尺寸、重量小 易损件少，耐撞击工作可靠,6磨擦面较多 用于排送不含固体颗粒并具有润滑性的油类。,齿轮泵管理要点,1. 注意泵的转向和连接 反转会使吸排方向相反 泵和电机保持良好对中，最好用挠性连接（flexibility） 2. 齿轮泵虽有自吸能力 起动前泵内要存有油液（否则严重摩损） 吸油高度一般不大于0.5m。,3. 机械轴封属于较精密的部件 拆装时要防止损伤密封元件 安装时应在轴上涂滑油，按正确次序装入，用手推动环时应有浮动性。 上紧轴封盖时要均匀，机械轴封一定要防止干摩擦。 4. 不宜超额定P工作 会使原动机过载，加大轴承负荷，使工作部件变形，磨损和漏泄增加，严重时造成卡阻。,5. 要防止吸口真空度大于允许吸上真空度 否则不能正常吸入 当吸入P过低时，会产生“气穴现象” 油在低压区析出许多气泡，Q降低 当气泡到高压区时，空气重新溶入油中，形成局部真空，四周的高压油液就会以高速流过来填补 产生液压冲击，并伴随剧烈的噪声,6. 保持合适的油温和粘度 运动粘度以2533 mm2s为宜 粘度太小则漏泄增加，还容易产生气穴现象 粘度过大同样也会使v降低和吸入不正常。 7. 要防止吸入空气 会使流量减少，而且产生噪声。,8. 端面间隙对齿轮泵的自吸能力和v影响甚大 可用压软铅丝的方法测出 9. 高压齿轮泵敏感度大 吸油口可用150目网式滤器 液压系统泵要求滤油精度3040m 回油管路滤油器精度最好20m,齿轮泵常见故障分析,(1)不能排油或流量不足 不能建立足够大的吸入真空度的原因： 泵内间隙过大，新泵及拆修过的齿轮表面未浇油，难自吸； 泵n过低、反转或卡阻 吸入管漏气或吸口露出液面。,吸入真空度较大而不能正常吸入的原因： 吸高太大(一般应不超过500mm)； 油温太低，粘度太大； 吸入管路阻塞，如吸入滤器脏堵或容量太小，吸入阀